再熱蒸汽冷段管道水沖擊的原因分析和控制措施

歐一順

(華能東方電廠,海南東方 572600)

0 引言

華能東方電廠 2#汽輪機由哈爾濱汽輪機廠生產,型號為 CLN350-24.2-566/566,型式為超臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、純凝式汽輪機。所配鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的 HG-1100/25.4-YM1型超臨界直流鍋爐。該鍋爐配置有兩臺動葉可調式送風機,以提供爐內煤粉燃燒所需的大量氧氣;鍋爐過熱汽溫主要通過調節煤水比為粗調,以一、二級減溫水為細調的方式加以控制;再熱汽溫的調節方式主要采用鍋爐尾部煙氣擋板控制,并在再熱器進口管道上裝設有噴水減溫器,做為事故情況下控制再熱汽溫用。

2#機組的蒸汽系統流程如圖 1所示。從鍋爐來的主蒸汽先進入汽機兩個高壓主汽閥,由每側各兩個高壓調節汽閥流出,經過 4根高壓導汽管進入高壓缸,做功后的蒸汽由高壓外缸下部兩側排出,經高排逆止閥、再熱蒸汽冷段管道進入再熱器加熱。再熱器出來的蒸汽經再熱蒸汽熱段管道進入汽輪機的兩個中壓主汽閥,然后由兩個中壓調節汽閥流出,經過中壓導汽管由中部進入中壓缸,蒸汽做功后從中壓缸上部排汽口排出,經中、低壓缸連通管,進入低壓缸中部,經正反向進入雙分流結構的低壓缸做功,乏汽經兩端的排汽口向下流入安裝在低壓缸下部的凝汽器。

2009年 11月 20日,2#汽輪機在低負荷暖機結束后準備做超速試驗前,在做主汽閥、調節汽閥嚴密性試驗過程中發生了因設備及人員操作原因引起的再熱蒸汽冷段管道水沖擊事件。在發生水沖擊的過程中,再熱蒸汽冷段管道及其相連的高壓旁路管道發生了大幅振動,造成高排逆止閥一導向支吊架變形;再熱蒸汽冷段管道在由汽機房引至鍋爐房的穿墻孔處,因管道振動,穿墻孔四周的墻面被損壞,穿墻孔孔徑增大,該處的化裝板掉落;高旁減壓閥就地操作手輪被振落;再熱蒸汽冷段管道多處保溫層被損壞。

圖1 蒸汽系統流程

1 事件的發生過程

19∶23機組負荷 22MW,低負荷暖機,為汽機超速試驗做準備。此時的再熱器出口蒸汽溫度為499℃,為控制再熱汽溫的繼續升高,運行人員將再熱器事故噴水調門由 32%逐漸開至 35%,減溫水流量從 7.57T/h逐漸增加至 13T/h,再熱器溫度從499℃逐漸開始下降。此時的再熱器煙氣擋板已關至很小(9%的開度),已無調節余地。

19∶30汽機低負荷暖機結束,機組減負荷到 0,發電機解列,汽機維持 3000r/m空轉,高、低壓旁路閥為關閉狀態,關閉高、中壓主汽閥,開始做主汽閥嚴密性試驗。

19∶58汽機主汽閥嚴密性試驗合格,汽機打閘。

20∶00主蒸汽壓力 14.63MPa,主蒸汽溫度500℃;再熱蒸汽壓力 0.02MPa,再熱蒸汽溫度486℃,高排逆止閥前后疏水門為開啟狀態,高、低壓旁路閥為關閉狀態。汽機掛閘,開始重新沖轉,目標轉速 3000r/m,準備做調節汽閥嚴密性試驗。

20∶02汽機轉速升至 900r/m時,現場巡檢人員發現汽機房再熱蒸汽冷段管道發生強烈振動,立即通知集控室值班員,對汽機打閘停機。同時 DCS上發現高排逆止閥前后的疏水罐已發出“液位高”報警信號,且高排逆止閥前后兩對溫度測點(如圖 1所示)的上下溫差很大,立即關閉再熱器事故噴水調節閥。

20∶35汽機轉速到零,投入連續盤車。

22∶58經就地全面檢查,并對再熱蒸汽冷段管道保溫層及支吊架進行處理后,汽機開始重新掛閘沖轉。

23∶25汽機 3000r/m定速,關閉高、中壓調節汽閥,做調節汽閥嚴密性試驗。

23∶55汽機調節汽閥嚴密性試驗結束。

2 原因分析

由于鍋爐兩臺送風機的選型偏大,加上送風機可調動葉的零位未標定好,將兩臺送風機的動葉均關至 0%后,鍋爐總風量仍有 760T/H,正常情況應在 550T/H以下。低負荷時爐內的大量熱量被煙氣帶到再熱器處(鍋爐配置有兩級再熱器,低溫再熱器布置在尾部豎井煙道,高溫再熱器布置在爐膛出口水平煙道,兩者均以對流換熱為主要傳熱方式),雖將再熱器側的煙氣擋板關至很小(9%的開度),再熱汽溫仍偏高。在正常情況下,再熱汽溫只需通過鍋爐尾部煙氣擋板來調節。另外,在機組低負荷和汽機 3000r/m空轉時通過再熱器的蒸汽流量較少,再熱汽溫很容易升高。為滿足機組沖轉和低負荷暖機時對主、再熱汽溫的要求,運行人員提前開起再熱器事故噴水來控制再熱汽溫。

在機組解列前和解列后維持3000r/m空轉的過程中,再熱器內有一定量的蒸汽通過(再熱汽壓0.3MPa),能夠將再熱器的事故噴水及時蒸發帶走,不會有疏水產生。在做汽機高、中壓主汽閥嚴密性試驗時,因關閉了高、中壓主汽閥,高、低壓旁路閥按試驗要求也處于關閉狀態,再熱器內無蒸汽通過。由于未及時關閉再熱器事故噴水閥,使進入再熱器的事故噴水在高度差的作用下沿再熱蒸汽冷段管道倒流至高排逆止閥處(再熱器事故噴水減溫器位于鍋爐房 34.9m,高排逆止閥位于汽機房 2.8m的高度)。又因高排逆止閥處的疏水管管徑較小,再熱器冷段又無壓力,大量的積水不能被及時疏走。當高、中壓主汽閥嚴密性試驗結束,汽機再次掛閘沖轉時,進入再熱蒸汽冷段管道的蒸汽與高排逆止閥處的大量積水發生沖擊,引起再熱蒸汽冷段管道及與其相連的高壓旁路管道發生強烈振動。

在汽機選擇再次沖轉準備做高、中壓調節汽閥嚴密性試驗前,高排逆止閥前后的疏水罐已發出“液位高”報警信號,且高排逆止閥前后兩對溫度測點(如圖 1所示)的上下溫差已超過規程規定的42℃(T1測點溫度 273℃,T2測點溫度 172℃,上下壁溫差達 101℃;T3測點溫度 267℃,T4測點溫度223℃,上下壁溫差達 44℃)。由于監盤人員的疏忽,未及時發現,并對汽輪機盲目掛閘沖轉,從而引發此次水沖擊事件。

3 防范措施

加強設備管理。針對兩臺送風機選型偏大,可調動葉零位標定不合理的現狀,在停爐情況下重新對兩臺送風機可調動葉的零位進行標定,保證兩臺送風機可調動葉開度在 0%時,鍋爐的送風量不超過 550t/h,以避免在鍋爐低負荷時爐膛內大量熱量被煙氣帶到再熱器處,造成再熱汽溫升高,從而避免在鍋爐低負荷時需要通過開起再熱器事故噴水來控制再熱汽溫的狀況發生。11月 25日在對兩臺送風機動葉零位重新標定后,在鍋爐低負荷時,在不開起再熱器事故噴水的前提下,通過調節再熱器側煙氣擋板的開度能有效地控制再熱汽溫。

強化人員培訓,提高操作技能。由于操作人員未對 DCS上各參數的變化進行仔細監視;也未對特定的試驗過程中,開起再熱器事故噴水所留下的隱患進行清醒認識,導致此次水沖擊事件的發生。因此,需要加強人員培訓,提高人員的操作水平,增強人員對監視畫面中各參數變化的敏感度,以及培養運行人員具備對任何單一操作,可能會引起整個系統的不安全有充分認識和理解,以便能及早發現問題,及時進行處理,避免異常和事故的發生。

制定完善的試驗方案,并組織相關人員進行學習,并對試驗過程中可能存在的危險點進行提前分析,做好事故預想。此次試驗雖然也制定有試驗方案,但方案中未對可能存在的危險點進行詳盡分析。

完善控制邏輯。嚴格貫徹執行《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》中第 10.1.3.9條“機組在起動或低負荷運行時,不得投入再熱器事故噴水”的要求,在控制邏輯中完善“低于 30%負荷閉鎖開起再熱器事故噴水調節閥”的條件,避免人員誤操作的發生。

4 結束語

此次發生的再熱蒸汽冷段管道水沖擊事件,雖未對設備造成重大損壞,但從現場檢查結果看,水沖擊過程中產生了較大的沖擊力,如發現不及時、不進行果斷處理將會造成一起大的設備損壞事故。此次異常事件具有一定的典型性,在今后做汽輪機主汽閥、調節汽閥嚴密性試驗過程中需引起高度重視。